バッテリー定格

バッテリーはイオン化学反応で電子を交換することによって回路に電流を流し、反応できる充電済みバッテリーの分子数は限られているため、バッテリーが回路を介して動機付けできる総電荷量は限られている必要があります。そのエネルギーの蓄えは使い果たされています。バッテリーの容量は電子の総数で測定できますが、これは膨大な数になります。 クーロンの単位を使用できます （6.25 x 10 ₁₈ に等しい 電子、または6,250,000,000,000,000,000電子）を使用して量をより実用的にしますが、代わりに新しい単位であるアンペア時 、この目的のために作られました。 1アンペアは実際には1秒あたり1クーロンの電子の流量であり、1時間に3600秒あるため、クーロンとアンペア時の直接的な比率を表すことができます。1アンペア時=3600クーロン。古いものがうまくいったのに、なぜ新しいユニットを作るのですか？もちろん、学生や技術者としての生活をより困難にするためです！

バッテリーの容量を測定するためのアンペア時アプリケーション

1アンペア時の容量のバッテリーは、1アンペアの電流を正確に1時間、または2アンペアで1/2時間、または1/3アンペアで3時間など、負荷に連続的に供給できる必要があります。完全に排出されます。理想的なバッテリーでは、連続電流と放電時間のこの関係は安定していて絶対的ですが、実際のバッテリーは、この単純な一次方程式が示すように正確に動作しません。したがって、バッテリーにアンペア時の容量が指定されている場合、それは特定の電流、特定の時間で指定されるか、8時間の定格であると想定されます（制限要因が指定されていない場合）。

たとえば、平均的な自動車用バッテリーの容量は、3.5アンペアの電流で指定された約70アンペア時である可能性があります。これは、このバッテリーが負荷に3.5アンペアの電流を継続的に供給できる時間は20時間（70アンペア時/ 3.5アンペア）になることを意味します。しかし、低抵抗の負荷がそのバッテリーに接続され、70アンペアを連続的に消費していると仮定しましょう。私たちのアンペア時の式は、バッテリーが正確に1時間（70アンペア時/ 70アンペア）持ちこたえる必要があることを示していますが、これは実際には当てはまらない可能性があります。電流が大きくなると、バッテリーは内部抵抗全体でより多くの熱を放散し、内部で発生する化学反応を変化させる効果があります。おそらく、バッテリーは 前に完全に放電するでしょう。 この大きな負荷の下で計算された1時間の時間。

逆に、非常に軽い負荷（1 mA）をバッテリーに接続すると、バッテリーは70,000時間、つまり8年弱（70アンペア時/ 1ミリアンペア）の電力を供給できるはずですが、実際のバッテリーの化学エネルギーの多くは、8年が経過するずっと前に、他の要因（電解質の蒸発、電極の劣化、バッテリー内の漏れ電流）によって排出されていた可能性があります。したがって、アンペア時の関係は、バッテリ寿命の理想的な概算であると見なす必要があります。アンペア時の定格は、製造元から指定された電流または期間の近くでのみ信頼されます。一部のメーカーは、さまざまなレベルの電流および/または温度での総容量の減少を指定するアンペア時のディレーティング係数を提供します。

二次電池の場合、アンペア時定格は、任意のレベルの充電電流で必要な充電時間のルールを提供します。たとえば、前の例の70アンペア時の自動車用バッテリーは、7アンペア（70アンペア時/ 7アンペア）の一定の充電電流で完全に放電された状態から充電するのに10時間かかるはずです。

いくつかの一般的なバッテリーのおおよそのアンペア時容量はここに示されています：

• 一般的な自動車用バッテリー：70アンペア時@ 3.5 A （二次電池）
• Dサイズの炭素亜鉛電池：4.5アンペア時@ 100 mA （一次電池）
• 9ボルト炭素亜鉛電池：400ミリアンペア時@ 8 mA （一次電池）

バッテリーの状態を確認する方法-負荷がある場合とない場合

バッテリーが放電すると、内部のエネルギー貯蔵が減少するだけでなく、内部抵抗も増加し（電解質の導電性が低下するため）、開回路セル電圧が低下します（化学物質がますます希釈されるため）。 ）。放電中のバッテリーが示す最も欺瞞的な変化は、抵抗の増加です。バッテリーの状態を確認する最良の方法は、負荷がかかった状態での電圧測定です。 、バッテリーが回路を介してかなりの電流を供給している間。そうしないと、内部抵抗が大幅に増加した場合でも、端子間の単純な電圧計チェックにより、正常なバッテリー（適切な電圧）が誤って示される可能性があります。 「大電流」を構成するものは、バッテリーの設計パラメーターによって決まります。もちろん、電圧計で電圧が低すぎることを確認すると、バッテリーが放電していることが確実に示されます。

完全に充電されたバッテリー：

さて、バッテリーが少し放電した場合。 。 。

。 。 。そしてもう少し放電します。 。 。

。 。 。そして死ぬまでもう少し。

負荷がない場合とは対照的に、負荷がかかった状態で電圧をチェックすると、バッテリーの実際の状態がどれほど良くなるかに注目してください。これは、電圧計（無負荷）だけでバッテリーをチェックするのは無意味だということですか？うーん、ダメ。単純な電圧計のチェックで、13.2ボルトのバッテリーで7.5ボルトしかないことがわかった場合、それが死んでいることは間違いありません。ただし、電圧計が12.5ボルトを示している場合は、完全に充電されているか、やや消耗している可能性があります。負荷チェックなしではわかりません。また、バッテリーに負荷をかけるために使用される抵抗は、消費されると予想される電力量に対して定格が定められている必要があることにも注意してください。自動車（公称12ボルト）の鉛蓄電池などの大型電池をチェックする場合、これは電力定格が数百ワットの抵抗器を意味する場合があります。

レビュー：

• アンペア時 は、バッテリーのエネルギー容量の単位であり、連続電流の量に放電時間を掛けたものに等しく、バッテリーが化学エネルギーの内部貯蔵を使い果たす前に供給することができます。

• アンペア時のバッテリー定格は、バッテリーの充電容量の概算にすぎず、メーカーが指定した現在のレベルまたは時間でのみ信頼できる必要があります。このような定格は、非常に高い電流または非常に長い時間に対して正確に推定することはできません。
• 放電したバッテリーは電圧を失い、抵抗が増加します。電池切れの最良のチェックは、負荷がかかった状態での電圧テストです。

関連するワークシート：

• 電池ワークシート
• 基本的な電圧計の使用ワークシート